林下套种及坡位和弱光环境对南方红豆杉人工林早期生长及林分分化的影响1)

欧建德 吴志庄

(福建省明溪县林业局，三明，365200) (国家林业局竹子研究开发中心浙江省竹子高效加工重点实验室)



林下套种及坡位和弱光环境对南方红豆杉人工林早期生长及林分分化的影响1)

欧建德 吴志庄

(福建省明溪县林业局，三明，365200) (国家林业局竹子研究开发中心浙江省竹子高效加工重点实验室)

为高效栽培南方红豆杉人工林，采用方差分析、径阶分布拟合和林木分级等方法，在福建省明溪县进行林下套种及不同坡位和弱光环境的南方红豆杉人工林早期生长及林分分化研究。结果表明:林下套种模式的12年生南方红豆杉林分的胸径、树高、冠幅显著大于迹地更新造林，其胸径、树高、冠幅变异系数较小。10年生林下套种南方红豆杉林分生长有着显著的坡位效应，除下坡与中坡间冠幅无显著差异外，其它均有着显著性差异，3个生长性状生长量和变异系数从大到小依次为下坡、中坡、上坡。在相同林分密度条件下，马尾松林下弱光环境10年生南方红豆杉林分的胸径、树高、冠幅显著大于杉木林下，但马尾松林下弱光环境南方红豆杉的胸径、树高、冠幅变异系数较小。不同培育模式及林下套种时，不同坡位和弱光环境的南方红豆杉人工林径阶分布采用Weibull分布函数拟合，效果较好；林下套种模式及其不同坡位和弱光环境均呈倒J型分布，即其林分结构相对稳定，竞争较合理；而迹地更新造林的林分径阶呈单峰左偏山状分布，表明其处于竞争的自然稀疏后期。南方红豆杉林分林木分级显示，除迹地纯林造林和林下套种的上坡位出现Ⅴ级木外，其它尚未出现Ⅴ级木。因此，营建南方红豆杉人工林应该进行培育模式、坡位和弱光环境选择，其培育模式宜选择林下套种，并在林下套种时优先选择马尾松林下弱光环境和中下坡。

南方红豆杉；人工林；林下套种；坡位；弱光环境；生长；林分分化

In order to realize the efficient cultivation ofTaxuswallichinavar.maireiplantation, the early growth and structure differentiation ofT.wallichinavar.maireiplantation with intercropping pattern, different slope positions and weak light environments were studied by using variance analysis, diameter distribution fitting and tree classification method in Mingxi of Fujian Province. The DBH, tree height, and crown width of 12-yearT.chinensisvar.maireiplantation of intercropping pattern was significantly greater than that of reforestation, and the variation coefficient of the DBH, tree height, and crown diameter were smaller. There were significant slope effects on the growth of 10-yearT.wallichinavar.maireiplantation of intercropping pattern. DBH, tree height, crown width were significant differences except for crown width of downhill slope and middle slope, and the growth and variation coefficient descending order was lower slope, middle slope, and upper slope. In the condition of the same stand densities, the DBH, tree height, crown width of 10-yearT.wallichinavar.maireiplantation under the stand ofPinusmassonianawas significantly greater than that ofCunninghamialanceolataweak light environments. DBH, tree height, and crown width variation coefficient under the stand ofPinusmassonianaweak light environments were much less. The model fitting diameter distribution ofT.wallichinavar.mairei. plantation for different cultivation modes, slope positions and weak light environments of intercropping pattern with cumulative distribution function of Weibull distribution were good. The diameter distribution for plantation with intercropping mode, different slope positions and weak light environments of intercropping pattern were the reverse “J” type which meant the stands had been undergoing stable stand structure and reasonable competition. However, the diameter distribution for plantation of reforestation mode took single hump with left avertence shape which indicated that the stands were in the late stage of natural thinning of competition period. The forest classification ofT.wallichinavar.maireiplantation with different cultivation patterns, slope positions and weak light environments of intercropping pattern showed that there was not V grade wood except for reforestation mode and uphill of intercropping pattern. Thus, it is necessary to select cultivation mode, slope position and weak light environment forT.wallichinavar.maireiplantation,T.wallichinavar.maireiplantation cultivation should be planted with intercropping mode, and optimally chose under the stand ofPinusmassonianaweak light environment and middle and downhill slope position with intercropping mode.

南方红豆杉(Taxuswallichinavar.mairei)作为我国重要的药用、材用和观赏利用树种[1-3]，其干形通直、木材纹理致密、削面光滑，是高级建筑、家具等上等用材，是我国亚热带地区重点发展的珍贵用材树种之一。近年来，福建、浙江、江西等南方各地已营建数万公顷的南方红豆杉人工林，但因培育模式等因素的影响，造林成效差异显著。优化种植模式是提高南方红豆杉造林成效的重要基础性研究工作。现有研究结果表明，南方红豆杉人工林生长有着显著性的坡位效应[4]。近年来，林业工作者基于南方红豆杉幼龄期偏阴的生物学特性，更多在速生树种杉木、马尾松林下进行套种，以期以空间换时间，达到促进生长、缩短培育周期的目标。前人的研究结果表明，林下生境有利于南方红豆杉幼苗的生长[5]，不同弱光环境生长差异显著[6-7]。然而，有关培育模式及林下套种时坡位、弱光环境对南方红豆杉人工林生长、林分结构稳定性及分化的影响研究迄今未见报道，难以科学指导南方红豆杉人工林的高效经营。

径阶分布是林分结构的基本规律之一[8]，其特征是林分生长稳定性及林分株间竞争的主要指标[9-10]。了解林分径阶分布能够掌握其结构的稳定程度，能够为林分经营管理提供理论依据[11]。本研究基于现有培育模式及林下套种时不同坡位、同等林分密度下不同弱光环境的南方红豆杉人工林，分析其对生长、径阶分布特征及林分林木分级等影响，以期为南方红豆杉珍贵用材高效培育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

南方红豆杉试材生长于福建省明溪县，造林地均处在低山丘陵，土质为山地红壤，较肥沃，期间抚育管理措施一致。培育模式设林下套种和迹地纯林造林两种模式，样地号分别为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3。林下套种坡位设上坡、中坡、下坡3个处理，样地号分别为Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅴ-1、Ⅴ-2、Ⅴ-3。同等林分密度条件下的弱光环境设杉木林下与马尾松林下两个处理，样地号分别为Ⅴ-1、Ⅴ-2、Ⅴ-3、Ⅵ-1、Ⅵ-2、Ⅵ-3(见表1)。

表1 不同处理南方红豆杉样地概况

1.2 样地调查、指标计算及参数拟合

于2015年11月份采用常规方法进行南方红豆杉每木调查，分别调查树高、胸径、冠幅。径阶分布采用Weibull分布函数F(x)=1-e-(((x-a)/b)^c)进行参数拟合，x≥a，a>0，b>0。其中：a为位置参数；b为尺度参数；c为形状指数；x为组中值[12-13]；径阶宽度分别为1、2 cm。Weibull分布的3个参数与林分特征因子有关，a是林分最小直径；b是林分直径分布范围；c决定林分直径分布的偏度。c值在1.0～3.6，为单峰左偏山状分布；当c<1.0时为倒J型分布；当c=1时为指数分布；当c=2时为x2分布；当c=3.6时近似正态分布；当c→∞时变为单点分布[14]。

在调查样地每木检尺的基础上，对样地林木进行分级：据d=r/R公式(r为每株样木胸径；R为样地林分平均胸径)，求得每株样木的d值，按分级木(Ⅰ—Ⅴ级木)归类，统计各样地分级木比例。分级标准为：Ⅰ级木，d≥1.336；Ⅱ级木，1.026≤d<1.336；Ⅲ级木，0.712≤d<1.026；Ⅳ级木，0.383≤d<0.712；V级木，d<0.383[12-14]。

1.3 数据处理

采用t检验进行培育模式、弱光环境间南方红豆杉生长的差异分析，用方差分析林下南方红豆杉坡位生长差异，在方差显著水平下采用Duncan’s法进行多重比较。数据基本处理及制图采用Excel2003软件，差异显著性分析运用SPSS18.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 林下套种及不同坡位和弱光环境的南方红豆杉人工林早期生长及变异

2.1.1 不同培育模式南方红豆杉人工林的生长状况

林下套种的南方红豆杉胸径、树高、冠幅分别为10.30 cm、5.33 m、3.75 m，分别较迹地纯林造林的大20.19%、30.96%、28.42%，且模式间的胸径、树高、冠幅圴有着显著性差异(P<0.05)(表2)，表明林下套种模式可显著促进南方红豆杉生长。究其原因，林下套种模式能有效削弱光照强度，并极大提高土壤湿度，形成弱光、高湿的复层林生境，适应南方红豆杉早期喜阴喜湿的生物学特性。

表2 不同培育模式、坡位和弱光环境下南方红豆杉人工林生长及变异

注：表中同列小写字母不同表示相互间差异显著。

林下套种的南方红豆杉胸径、树高、冠幅变异系数分别为3.63%、6.20%、5.67%，变异系数均较小，表明其林分生长较整齐、单株间分化不明显，总体较稳定。迹地纯林造林的胸径、树高、冠幅变异系数分别为8.19%、8.02%、12.10%，其变异系数较林下套种相应性状明显扩大，说明迹地纯林造林的林分分化更明显，且以冠幅性状的变异系数较大，为12.10%。究其原因，一是迹地纯林造林时外部生境较恶劣，加速其林分分化；二是冠幅性状更容易受到外部环境影响，从而表现出更大的变异。

2.1.2 不同坡位林下套种南方红豆杉人工林的早期生长

下坡生长的南方红豆杉胸径为3.69 cm，分别较中坡、上坡的大25.94%、53.11%，且坡位间均有显著性差异；下坡生长的南方红豆杉树高为5.24 m，分别较中坡、上坡的大21.02%、65.30%，且坡位间均有显著性差异；下坡生长的南方红豆杉冠幅为2.75 m，分别较中坡、上坡的大14.11%、63.69%，除下坡与中坡间无统计学显著差异外，坡位间的冠幅均有显著性差异。

南方红豆杉坡位间性状变异系数结果显示，其3个生长性状变异系数从大到小依次均为上坡、中坡、下坡，表明随着坡位下降，南方红豆杉林分生长更整齐，变异更小，林分更稳定。

2.1.3 不同弱光环境南方红豆杉人工林的早期生长

杉木、马尾松是我国南方用材栽培和林下套种南方红豆杉的主要树种，进行林冠层采伐，保持合理林分密度，以形成适宜南方红豆杉生长所需的弱光环境，是林下套种的关键技术。鉴于杉木、马尾松自身特性的差异，杉木树冠致密、窄小，且伐后树冠恢复相对较慢，马尾松树冠针叶稀疏[13]、宽大，且伐后树冠恢复较快，形成截然不同的弱光环境。为合理、优化弱光环境，本研究在通常的900株·hm-2林分保留密度条件下，比较分析了杉木林下与马尾松林下两类弱光环境对南方红豆杉生长的影响。

研究结果显示，马尾松林下10年生南方红豆杉的胸径、树高、冠幅分别为4.38 cm、6.29 m、3.53 m，分别是杉木林下的118.70%、120.01%、128.36%，且差异达到显著性水平，表明马尾松林下弱光环境较杉木林下更适宜南方红豆杉生长，生长更好。马尾松林下3个生长性状变异系数均较杉木林下更小，表明马尾松林下弱光环境的南方红豆杉生长更整齐，林分结构更稳定(表2)。究其原因，可能是杉木林冠层郁闭度较低，整体林内透光度较高；林下微生境间(林冠下与林隙)光照差异较大，且南方红豆杉生长光抑制明显；一方面杉木林冠下受致密冠层遮挡而光照过于微弱，另一方面较大林隙导致抑制其生长的直射光强烈且时间长。马尾松林冠层郁闭度较高，整体林内透光度较低；林下微生境间(林冠下与林隙)光照差异较小，且有利于南方红豆杉生长；一方面马尾松林冠下因其树冠针叶稀疏，既能遮阳又不致使光照不足[13]，另一方面较小林隙导致抑制其生长的直射光照较弱，且时间短。

2.2 林下套种及不同坡位和弱光环境的南方红豆杉人工林径阶分布

2.2.1 不同培育模式南方红豆杉人工林径阶分布

两种培育模式南方红豆杉人工林径阶分布的拟合方程的r2值符合统计分析的要求[13]，拟合结果良好(表3)。径阶分布形态参数和径阶中值与径阶分布累积散点图结果显示(表3、图1)，林下套种模式南方红豆杉径阶分布为倒J型，林分处于竞争稳定期；迹地纯林造林模式为单峰左偏山状，处于竞争期的自然稀疏后期[15]。相同分布累积频率范围对应的径阶中值表明[13]：林下套种的南方红豆杉径阶较迹地纯林造林的更大，再次验证了前面得出的采用林下套种模式可显著促进生长的结论(图1)。

林木分级结果显示，迹地纯林造林南方红豆杉林分出现Ⅴ级，比例为3.00%，而林下套种模式尚未出现Ⅴ级木，表明迹地纯林造林的林分分化较林下套种的严重(见表3)。这与从模式间的径阶分布形状参数值与性状变异系数表现得出的结论相互佐证，即林下套种南方红豆杉林分竞争较稳定。

表3 林下套种及不同坡位和弱光环境下南方红豆杉人工林林分径阶分布参数及林木分级

2.2.2 不同坡位林下套种南方红豆杉人工林径阶分布

坡位间南方红豆杉人工林径阶分布拟合方程的r2值符合统计分析的要求[13](表3)，拟合结果良好。坡位间南方红豆杉人工林径阶中值与径阶分布累积散点图(图1)及径阶分布形态参数分别为0.886、0.894、0.914，均小于1，显示其林木径阶分布为倒J型，林分处于竞争稳定期。坡位间相同分布累积频率范围对应的径阶中值表明[13]：下坡生长南方红豆杉径阶较中坡的大，中坡较上坡的更大，验证了前面得出的坡位间胸径生长显著性差异的结论(图1)。

图1 培育模式间和林下套种不同坡位的南方红豆杉人工林径阶分布累积

林木分级结果显示，上坡林分出现Ⅴ级，比例为2.90%，而中坡与下坡的尚未出现Ⅴ级木，表明南方红豆杉上坡林分分化较中、下坡的严重(表3)。这与中下坡林分径阶分布形状参数值与胸径变异系数指标更小的结果相互验证。

2.2.3 不同林下套种弱光环境的南方红豆杉人工林径阶分布

弱光环境间人工林径阶分布拟合方程的r2值符合统计分析的要求(表3)[13]，拟合结果良好。两种弱光环境的径阶分布形态参数与径阶中值与径阶分布累积散点图显示，其径阶分布为倒J型，处于竞争稳定期，这可能与试验样地均布设在下坡有关(图2)。

图2 不同林下套种弱光环境的南方红豆杉人工林径阶分布累积

相同分布累积频率范围对应的径阶中值表明[13]：马尾松林下弱光环境南方红豆杉径阶较杉木林下的更大，这与马尾松林下形态有利于其生长的弱光环境有关，并验证了2.1.3中弱光环境间胸径生长显著性差异的结论(图2)。林木分级结果显示，两种弱光环境南方红豆杉林分尚未出现Ⅴ级木，林分分化不明显，进一步佐证了林下套种南方红豆杉林分结构稳定的结论(表3)。

3 结论与讨论

研究结论认为，林下套种较纯林造林模式能够显著促进南方红豆杉人工林胸径、树高和冠幅早期生长(P<0.05)，且林分生长整齐、结构稳定，是一种较理想栽培模式。林下套种南方红豆杉人工林的胸径、树高、冠幅均有着显著性坡位效应(P<0.05)，生长量从大到小排序为下坡、中坡、上坡(但冠幅性状，下坡与中坡间无统计学显著差异)，马尾松林下较杉木林下弱光环境显著促进南方红豆杉生长(P<0.05)。林下套种的10年生南方红豆杉人工林坡位间、弱光环境间的林分径阶分布均为倒J型分布，处于竞争稳定期。

研究结论认为，林下套种较迹地造林模式显著促进南方红豆杉生长，这与刘建福等[5]研究结果一致。林下套种的南方红豆杉生长有着显著性坡位效应，生长量从大到小排序为下坡、中坡、上坡，验证了余榕然[4]、楚秀丽等[12-13]、王秀花等[21]研究结果，即下坡更适于南方红豆杉、闽楠、木荷人工林生长。不同弱光环境南方红豆杉人工林生长存在着显著性差异(P<0.05)，这与张学武等[6]、林亦曦[7]的研究结果一致。马尾松林下较杉木林下弱光环境更能促进南方红豆杉生长，因为马尾松树冠针叶稀疏，既能遮阳又不致使光照不足[13]，另一方面树冠恢复较快，林隙较小导致抑制其生长的直射光照较弱且时间短，从而为其冠下南方红豆杉生长提供较适宜的光照条件[13]；在杉木林下弱光环境南方红豆杉人工林生长较差，可能主要受伴生树种杉木树体特点的影响，一方面杉木林冠下受致密冠层遮挡而光照过于微弱，另一方面较大林隙导致抑制其生长的直射光强烈且时间长，进而使其生长受到光抑制[13]。

林分径阶倒J型分布是林分结构稳定的必要特征之一[16]，也是原始雨林的理想结构[17]及异龄林常有结构[18-20]。综合林下套种南方红豆杉人工林表现、径级分布的倒J型分布，以及林下套种的坡位和弱光环境生长和林木分化表现，建议采用林下套种模式培育南方红豆杉珍贵用材林，且林下套种时优先选择立地较好的中、下坡和马尾松林下弱光环境。而目前杉木是林下套种南方红豆杉的主要林分树种，如何进一步优化调控林分保留密度、林隙大小，分析微生境间生长差异与合理种植配置等方面显得十分重要，这有待于进一步深入研究。

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Effects of Intercropping Pattern, Different Slope and Weak Light on Early Growth and Structure Differentiation ofTaxuswallichinavar.maireiPlantation//

Ou Jiande

(Mingxi Forestry Bureau, Mingxi 365200, P. R. China);

Wu Zhizhuang

(Key Laboratory of High Efficient Processing of Bamboo of Zhejiang Province, China National Bamboo Research Center)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(10)：12-16.

Taxuswallichinavar.mairei； Plantation； Intercropping； Slope position； Weak light environments； Growth； Stand differentiation

欧建德，男，1970年1月生，福建省明溪县林业局，教授级高级工程师。E-mail:smmxojd@163.com。

2016年3月18日。

S725.7

1)中央财政林业科技推广示范资金项目(闽[2015]TG05号)。

责任编辑：戴芳天。